工业箱式台车炉的烧结流程是怎样的

工业箱式台车炉的烧结流程是怎样的

工业箱式台车炉的烧结流程在完成装炉和预热阶段后，便进入核心的升温烧结环节。此时炉内温度以程序化控制方式匀速上升，通常设定为5-10℃/分钟的梯度，确保坯体内部水分和有机添加剂逐步排出。当温度达到800℃临界点时，控制系统会自动切换为阶梯式升温模式，这是为了避免坯体因热应力骤增而产生裂纹。

在1200-1600℃的高温区间，炉内发生着微观层面的质变。坯体颗粒间开始形成颈部连接，通过表面扩散和体积扩散机制，材料孔隙率逐渐降低。这个阶段需要精确控制氧分压，特别是处理易氧化金属时，需通入氮氢混合气体作为保护气氛。台车炉的分区加热设计在此显现优势，通过三温区独立控温，能有效补偿炉门区域的温度损失，使工件受热均匀性误差控制在±5℃以内。

当达到预设的最高烧结温度后，系统进入保温阶段。这段时间持续2-4小时不等，具体取决于工件厚度和材料特性。保温期间晶粒会完成再结晶过程，炉内红外测温仪实时监测工件表面温度，数据反馈至PLC系统形成闭环控制。值得关注的是，现代台车炉已引入模糊PID算法，能够根据热惯性自动调整加热功率，将温度波动范围压缩到±1.5℃的精密级别。

一、烧结前准备

1. 工艺参数设定

• 温度曲线：根据材料特性（如金属粉末的熔点、陶瓷的烧结温度）设定多段升温、保温、降温程序。
  ▶ 示例：升温速率 5℃/min→保温温度 1200℃（保温 2 小时）→随炉冷却至室温。

• 气氛控制（如需）：

• 真空环境：提前启动真空泵，将炉膛真空度抽至目标值（如 10⁻²Pa）。

• 保护气氛：通入氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性气体，或氢气（H₂）等还原性气体，通过流量计控制流量（如 500mL/min）。

• 台车装卸：通过电动轨道将台车移出炉体，装载待烧结工件（如金属预制件、陶瓷坯体），注意工件间距均匀以保证受热一致。

2. 设备检查

• 确认加热元件（如电阻丝、硅钼棒）无断裂或老化，热电偶位置准确（通常位于炉膛顶部或侧壁）。

• 检查炉门密封性能（如硅橡胶密封圈是否完好），避免气氛泄漏或热量散失。

• 测试控制系统功能：手动模拟升温程序，确认温控仪表、报警系统（如超温声光报警）正常工作。

二、烧结过程

1. 升温阶段

• 低速升温：初始阶段以较低速率升温（如 1~3℃/min），避免工件因热应力开裂（尤其对多孔材料或复杂结构件）。

• 分段保温：在关键温度点（如材料相变温度、挥发物析出温度）设置保温段，例如：
  ▶ 陶瓷烧结：500℃保温 0.5 小时，排除坯体中的有机物黏结剂；
  ▶ 金属粉末烧结：800℃保温 1 小时，促进扩散初期颗粒间结合。

• 功率调节：通过 PID 控制自动调整加热功率，确保实际温度与设定曲线偏差≤±5℃（工业级控温精度）。

2. 高温保温阶段

• 核心烧结期：达到目标温度后进入保温阶段，持续时间根据工件厚度、材料致密化需求确定（通常 0.5~8 小时）。

• 物理变化：

• 金属烧结：颗粒间原子扩散形成冶金结合，孔隙率降低，密度接近理论值（如粉末冶金零件致密度≥95%）。

• 陶瓷烧结：通过晶粒生长、玻璃相形成实现致密化，需严格控制保温时间避免过烧（如 Al₂O₃陶瓷保温过长会导致晶粒粗大、强度下降）。

• 气氛维持：实时监测炉膛内气压或气体浓度（如氧含量＜10ppm），自动补入气体维持设定环境。

3. 降温阶段

• 随炉冷却：多数情况下采用自然降温，避免急冷导致工件开裂（如高碳钢淬火需控制冷却速率）。

• 强制冷却（如需快速周转）：开启炉壁风冷系统或通入循环冷却水，将降温速率提升至 10~20℃/min（需注意工件材质耐受能力）。

• 相变控制：对有相变要求的材料（如马氏体不锈钢），需在特定温度区间（如 Ms 点以下）控制冷却速度，确保组织转变。

三、烧结后处理

1. 工件取出与检测

• 台车出炉后，使用专用夹具或叉车卸下工件，避免碰撞损伤。

• 质量检测：

• 外观：检查表面有无裂纹、氧化色（如真空烧结应保持金属光泽）；

• 性能：测量硬度（如 HRC）、密度、抗弯强度等指标，抽检不合格品分析原因（如温度不足、气氛污染）。

2. 设备维护

• 清理炉膛：用毛刷或吸尘器去除氧化物碎屑、挥发物残留（如陶瓷烧结后的釉料飞溅）。

• 检查元件：高温下加热元件可能因升华或氧化导致电阻变化，需定期校准阻值并更换老化部件。

• 密封件保养：真空炉门密封圈需定期涂抹真空脂，避免橡胶硬化失效。

四、关键工艺参数与控制要点

五、常见应用场景

1. 粉末冶金零件生产

• 流程：金属粉末压制坯体→台车炉真空烧结（如铁基零件 1100℃保温 3 小时）→后续机加工。

• 优势：批量处理复杂形状零件，成本低于传统铸造工艺。

2. 陶瓷基复合材料（CMC）烧结

• 流程：陶瓷纤维预制体浸渍浆料→台车炉惰性气氛烧结（如 SiC/SiC 在 1600℃氩气中保温 4 小时）→致密化处理。

• 关键：精确控制升温速率以避免纤维与基体热膨胀失配。

3. 金属热处理（退火 / 回火）

• 流程：工件入炉→升温至相变温度以上（如中碳钢退火温度 850℃）→保温后随炉冷却→消除应力、改善切削性能。

六、安全与环保注意事项

1. 安全操作

• 高温状态下禁止直接打开炉门，需佩戴隔热手套和护目镜；

• 处理易燃易爆气氛（如氢气）时，需提前吹扫炉膛并设置防爆装置。

2. 环保要求

• 挥发性有机物（VOCs）需通过尾气处理装置（如燃烧法、吸附法）净化后排放；

• 冷却废水需循环使用或处理达标后排放，降低能耗与污染。

降温阶段采用梯度式程序冷却，初期以30℃/小时的速度缓冷至800℃，避免因淬火效应导致产品变形。当温度降至600℃以下时，可启动台车移出机构，将载料台车移至缓冷区继续自然冷却。部分设备配备余热回收系统，能将400℃以上的排气热量转化为干燥工段的预热能源，使整体能耗降低约18%。整个烧结流程的工艺参数，包括升温曲线、气氛组成和保温时间等关键数据，都会被MES系统记录并生成可追溯的烧结图谱，为后续质量分析提供数据支撑。